آب | تعریف ، فرمول شیمیایی ، ساختار ، مولکول | بخش چهارم

مشخصات فیزیکی

آب دارای چندین ویژگی فیزیکی مهم است. اگرچه این خواص به دلیل فراگیر بودن آب آشنا هستند ، اما بیشتر خواص فیزیکی آب کاملاً غیر معمول است. با توجه به جرم مولی کم مولکولهای تشکیل دهنده آن ، آب دارای ارزشهای غیرمعمول زیادی از ویسکوزیته ، کشش سطحی ، گرمای بخار شدن و آنتروپی تبخیر است که همه آنها را می توان به فعل و انفعالات پیوند هیدروژنی گسترده موجود در آب مایع نسبت داد. ساختار باز یخ که حداکثر پیوند هیدروژنی را امکان پذیر می کند توضیح می دهد که چرا چگالی آب جامد کمتر از آب مایع است - این یک وضعیت بسیار غیر معمول در بین مواد معمول است.
خواص شیمیایی
واکنشهای اسید و باز

آب انواع مختلفی از واکنش های شیمیایی را تجربه می کند. یکی از مهمترین خواص شیمیایی آب ، توانایی آن در رفتار هم به عنوان اسید (اهدا کننده پروتون) و هم به عنوان باز (پذیرنده پروتون) است که ویژگی بارز مواد آمفوتریک است. این رفتار به وضوح در خودایونیزاسیون آب مشاهده می شود: H2O (l) + H2O (l) ⇌ H3O + (aq) + OH− (aq) ،
جایی که (l) نشان دهنده حالت مایع است ، (aq) نشان می دهد که گونه ها در آب حل شده اند و فلش های دوگانه نشان می دهد که واکنش می تواند در هر دو جهت رخ دهد و شرایط تعادلی وجود دارد. در دمای 25 درجه سانتی گراد (77 درجه فارنهایت) غلظت H+ هیدراته (یعنی H3O+ ، معروف به یون هیدرونیوم) در آب 1.0 × 10-7 مگابایت است ، جایی که M نشان دهنده مول در لیتر است. از آنجا که یک یون OH− برای هر یون H3O+ تولید می شود ، غلظت OH− در دمای 25 درجه سانتی گراد نیز 1.0 × 10-7 م م است. در آب در 25 درجه سانتی گراد غلظت H3O+ و غلظت OH− همیشه باید 10 1.0 1.0 باشد −14: [H+] [OH−] = 1.0 × 10−14 ،
جایی که [H+] نشان دهنده غلظت یونهای H+ هیدراته در مول در لیتر و [OH−] نشان دهنده غلظت یونهای OH2 در مول بر لیتر است.

هنگامی که یک اسید (ماده ای که می تواند یون H+ تولید کند) در آب حل می شود ، هم اسید و هم آب یون های H+ را به محلول کمک می کنند. این منجر به وضعیتی می شود که در آن غلظت H+ بیشتر از 1.0 × 10−7 M است. از آنجا که همیشه باید درست باشد که [H+] [OH−] = 1.0 × 10−14 در 25 درجه سانتی گراد ، [OH−] باید به مقداری زیر 1.0 × 10−7 کاهش یابد. مکانیسم کاهش غلظت OH2 شامل واکنش می شود
H++ OH− → H2O ، که به میزان لازم برای بازگرداندن محصول [H+] و [OH−] به 1.0 × 10−14 M رخ می دهد ، بنابراین ، هنگامی که اسیدی به آب اضافه می شود ، محلول حاصل حاوی H+ بیشتری است از OH− ؛ یعنی [H+]> [OH−]. چنین محلول (که در آن [H+]> [OH−]) اسیدی گفته می شود.
متداول ترین روش برای تعیین میزان اسیدیته محلول ، pH آن است که بر اساس غلظت یون هیدروژن تعریف می شود: در آب خالص ، که در آن [H+] = 1.0 × 10−7 M ، pH = 7.0 است. برای یک محلول اسیدی ، pH کمتر از 7 است. هنگامی که یک باز (ماده ای که به عنوان پذیرنده پروتون عمل می کند) در آب حل می شود ، غلظت H+ کاهش می یابد به طوری که [OH−]> [H+]. یک محلول اساسی با داشتن pH> 7 مشخص می شود. به طور خلاصه ، در محلول های آبی در دمای 25 درجه سانتی گراد:
محلول خنثی [H+] = [OH−] pH = 7
محلول اسیدی [H+]> [OH−] pH <7
محلول اساسی [OH−]> [H+] pH> 7
واکنشهای کاهش اکسیداسیون

هنگامی که یک فلز فعال مانند سدیم در تماس با آب مایع قرار می گیرد ، یک واکنش گرمازا (تولید گرما) شدید رخ می دهد که گاز هیدروژن شعله ور را آزاد می کند. 2Na (s) + 2H2O (l) → 2Na + (aq) + 2OH− (aq) + H2 (g)
این نمونه ای از واکنش کاهش اکسیداسیون است ، واکنشی که در آن الکترونها از اتمی به اتم دیگر منتقل می شوند. در این حالت ، الکترونها از اتمهای سدیم (تشکیل یونهای Na+) به مولکولهای آب منتقل می شوند تا گاز هیدروژن و یونهای OH− تولید کنند. سایر فلزات قلیایی واکنش های مشابهی با آب نشان می دهند. فلزات کمتر فعال با آب به آرامی واکنش نشان می دهند. به عنوان مثال ، آهن با آب مایع بسیار ناچیز واکنش نشان می دهد اما با بخار فوق داغ بسیار سریعتر واکنش می دهد و اکسید آهن و گاز هیدروژن را تشکیل می دهد.
فلزات نجیب مانند طلا و نقره به هیچ وجه با آب واکنش نشان نمی دهند.